Amenajarea galeriilor si planelor inclinate - mina

Amenajarea acestor lucrari consta in montarea caii ferate, montarea transportoarelor, a conductelor de aer comprimat si apa, a tuburilor de aeraj, a cablurilor electrice si amenajarea canalului pentru scurgerea apelor. In cazul planelor inclinate se monteaza conductele de evacuare a apelor.

Ecartamentele admise pentru liniile ferate subterane sunt: 600, 630 750mm. Canalele de scurgere trebuie sa fie construite in panta, cu dimensiuni corespunzatoare debitului.

Conductele, cablurile si tuburile de aeraj se monteaza pe peretii galeriilor sau planelor inclinate, cu scoabe sau mansoane, pentrua nu fi deteriorate de vagoane, locomotive, chiar si in eventualitatea rasturnarii acestora.

Lucrari miniere la zi (cariere)

Exploatarile miniere la zi sunt in continua dezvoltare in intreaga lume. Exploatarea la zi a unor substante minerale utile prezinta o serie de avantaje, dintre care putem aminti:

• Posibilitatea mecanizarii integrale a operatiilor de lucru, utilizand utilaje de mare capacitate si aplicand scheme tehnologice simple;
• Costul substantei utile produse in cariera reprezinta un sfert, sau jumatate din costul obtinut in subteran. De la an la an acesta scade, cu intr-un ritm mult mai accentuat decat in exploatarea subterana;
• Pierderile de exploatare sunt de cca. trei ori mai mici comparativ cu pierderile de la exploatarea in subteran;
• Productivitatea muncii este mai mare decat la exploatarea in subteran;
• Cerintele impuse explozivilor sunt mai putin pretentioase. Se pot folosi incarcaturi mari de exploziv, explozivi cu sensibilitate la detonatie mai redusa;
• Conditiile de securitate a muncii sunt mult mai bune decat in subteran, precum si conditiile de lucru (lumina, aer, igiena);
• Obtinerea unor dilutii reduse ale utilului, ceea ce reduce pretul de cost la preparare;
• Se reduce pericolul autoaprinderii unor unor substante exploatate, cum sunt carbunii si pirita, fenomen care in subteran produce pagube uriase;
• Productia anuala obtinuta in cariera depaseste de 2-3 ori productia obtinuta in subteran, deoarece metodele aplicate in cariera (cu fronturi lungi si inaltimi ce depasesc 15-20m) asigura spatiu pentru utilaje de mare capacitate;
• Intrarea in productie a unei cariere se realizeaza in timp mult mai scurt decat o exploatare subterana;
• Sunt suprimate aproape total cheltuielile de aeraj, sunt reduse aproape de minim cele de iluminat si de sustinere;
• supravegherea mult mai eficienta a lucrarilor decat in subteran, in conditiile unui personal tehnic mai redus.

Dezavantajele exploatarilor la zi sunt:

• anotimpurile cu precipitatii abundente si temperaturile scazute;
• costurile ridicate pentru evacuarea apelor rezultate din ploi, topirea zapezilor, infiltratii, mai ales in zone cu clima umeda;
• Lucrarile in cariera impun suprafete suplimentare pentru depunerea sterilului rezultat, ceea ce creaza dificultati mai ales in zone agricole si in cele cu populatie densa;
• Exploatarile la zi distrug suprafete mari de teren si impun la finalul exploatarii amenajarea terenului si redarea lui circuitului economic;
• Investitiile initiale pentru achizitionarea utilajului si pentru deschiderea si descopertarea zacamantului, pentru o exploatare in cariera, sunt mai mari decat pentru deschiderea si dotarea initiala cu utilaj a unei exploatari in subteran.

Aceste dezavantaje nu reduc eficienta exploatarilor in cariera. Pe plan mondial, peste 65% din volumul total al productiei miniere se produce in exploatari la zi. Mari cariere din lume:

Cariera Bingham - S.U.A. (exploatarea cuprului) are forma unei palnii imense cu diametrul de 3 km si adancimea de 700m. Incarcarea se face cu excavatoare electrice cu cupa de 5-10m³, iar transportul (descopertei) cu autocamioane de 65, 85, 100t, pentru minereu vagoane de 100t capacitate.

Cariera Chuquicamata - Chile (cupru) are forma unui crater urias (3,2 km lungime, 1,4 km latime, 400m adancime), este situata la 3000m altitudine. Extragerea se face cu lucrari de perforare-impuscare, incarcarea cu excavatoare cu cupa de 3-10m³, iar transportul cu camioane de 70 si 100t.

Cariera Fortuna - Germania, cea mai mare cariera de lignit din lume, are o productie anuala de 50 milioane tone lignit.

In Romania s-au exploatat in cariera zacaminte fero-manganoase (inaintea celui de-al doilea razboi mondial), la Ghelar, Teliuc, Ocna de Fier, Iacobeni. In ultimele patru decenii ale secolului XX, s-au deschis cariere pentru exploatarea lignitului (Rovinari, Motru, Husnicioara, Berbesti), minereurilor complexe (Suior-Baia Mare), fierului (Capusul -Mic), bauxitei (Muntii Padurea Craiului), baritinei (Ostra, Somova), nisipurilor caolinoase (Aghires), sulfului (Calimani), calcarelor (Sandulesti, Lespezi), andezitelor cuprifere (Moldova-Noua, Rosia-Poieni), zacamintelor aurifere (Rosia Montana). Dupa 1990 jumatate din productia de substante minerale solide a fost obtinuta in cele aproape 1000 de cariere.

1. Zacaminte exploatabile prin lucrari la zi

Forma si dimensiunile unui zacamant, adancimea lui in scoarta si raportul cu rocile inconjuratoare, precum si topografia regiunii, sunt criterii care influenteaza alegerea tipului de exploatare. Functie de factorii enumerati mai sus se intalnesc trei cazuri:

• Zacaminte la care extragerea la zi este evidenta pentru intreaga rezerva de substanta minerala utila;
• Extragerea la zi este avantajoasa pentru o parte a rezervei din zacamant, restul urmand a fi exploatat prin lucrari subterane;
• Exploatarea la zi este exclusa, zacamantul fiind situat la adancimi mari, ca urmare exploatarea se face prin lucrari miniere subterane.

Zacamintele care se preteaza la o exploatare integrala la zi pot avea urmatoarele forme:

Zacamant de mari dimensiuni localizat deasupra sau sub nivelul terenului inconjurator;

Strate de grosime mica, sau pachete de strate, cu extindere mare, dispuse aproape de suprafata, orizontale sau cu inclinare relativ constanta;

Strate de grosime medie sau mare, cu inclinare variabila, dar apropiata de suprafata terenului.

Exploatarea avantajoasa la zi, din punct de vedere tehnic si economic, presupune indeplinirea unor conditii suplimentare cum sunt:

• Un relief favorabil, care sa permita dezvoltarea normala a exploatarii, respectiv extragerea, transportul si depozitarea depozitelor din coperta, cat si operatiile similare pentru util;
• Regim hidrologic acceptabil, lipsit de ape de suprafata (rauri, lacuri,etc.), sau acvifere subterane, care ar putea inunda lucrarile, necesitand cheltuieli suplimentare pentru evacuarea apelor;
• Stratele acoperitoare sa fie alcatuite de preferinta din roci dezagregate, sau roci cu coeziune redusa, din roci moi, pentru ca indepartarea lor sa se realizeze cu cheltuieli mici;
• Clima sa fie acceptabila, sa asigure perioade de lucru lipsite de manifestari atmosferice excesive.

Din punct de vedere economic, tehnic si al continutului, se preteaza la exploatare in cariera: zacamintele de combustibili minerali solizi (turba, lignit, carbure brun), minereurile metalifere (fier, cupru, zinc, aur), zacamintele de substante nemetalifere (caolin, fosfati, bentonita, sulf, azbest, etc.), rocile utilizate ca materiale de constructii (nisip, pietris, marmura, granit, calcar, etc.).

Exploatarea la zi presupune deschiderea zacamantului si apoi descopertarea lui. Descopertarea necesita organizarea a patru operatii: excavarea, incarcarea, transportul si depozitarea sau descarcarea materialului in halde.

Adancimile maxime realizate in exploatarile la zi sunt de 600-700m si depind de forma, asezarea zacamantului si proprietatile rocilor inconjuratoare. In Romania adancimile maxime sunt de 150m (cariere de minereuri si materiale de constructii).

2. Terminologie

Cariera (exploatare la zi) - complexul de lucrari miniere prin care se realizeaza exploatarea unui zacamant de substante minerale utile la suprafata scoartei terestre, sub cerul liber.

Exploatarile care au ca obiectiv exploatarea nisipului si pietrisului se numesc balastiere.

Campul carierei - extinderea in suprafata a zacamantului, sau portiunea din zacamant care face obiectul exploatarii printr-o cariera.

Treapta - profilul unei felii de o anumita inaltime h din rocile sterile, sau din substanta utila, care se exploateaza prin mijloace de extragere independente, iar incarcarea si transportul materialului se face prin organizari independente. Elementele treptei sunt:

Berma inferioara (a) - suprafata libera, de obicei orizontala, care limiteaza trapta ala partea inferioara.

Berma superioara (b) - suprafata libera, de obicei orizontala, care limiteaza treapta la partea superioara.

Bermele sunt utilizate pentru amenajarea cailor de transport, ca suprafete de lucru pentru utilajele principale din front, sau pot ramane libere.

Taluzul (c) - este suprafata inclinata, foarte rar verticala, care limiteaza treapta spre spre zona exploatata.

Unghiul de taluz (α) - unghiul format de taluz cu planul orizontal, masurat spre masiv.

Borduri (f, e) - sunt liniile dupa care taluzul intretaie berma inferioara (f - bordura inferioara) si berma superioara (e - bordura superioara).

Subtreapta - parte dintr-o treapta exploatata cu mijloace proprii de extragere, dar deservita de transportul comun pentru intreaga treapta. Denumirile de: berma, taluz, unghi de taluz, borduri se aplica si la subtrepte.

Intrandurile de atac (A) - sunt fasii paralele prin extragerea carora se exploateaza treapta. Latimea intrandului de atac corespunde cu latimea frontului de abataj (de lucru) si depinde de metoda de extragere folosita. Suma latimilor intrandurilor de atac este egala cu latimea treptei (L).

A_i =L

Blocurile (I, II) - sunt parti ale intrandului de atac, pe lungimea lui si care se exploateaza prin mijloace independente de extragere si incarcare.

Frontul de lucru (F) - parti ale intrandurilor pregatite pentru exploatare, in care se extrage cu ajutorul utilajelor. Frontul de lucru depinde de excavatoarele folosite. In cazul unor excavatoare cu elinda (excavator cu mai multe cupe fixate pe o rama de ghidare rigida-elinda) frontul de lucru este pe front de treapta si corespunde cu taluzul treptei. In acest caz montarea utilajului de extragere, a utilajului de transport si a conductelor de energie se face pe berma superioara a treptei.

In ansamblu, o cariera este caracterizata prin urmatoarele elemente:

Bordurile carierei (2) - muchiile laterale rezultate din intersectia primului taluz cu suprafata terenului inconjurator si care limiteaza cariera la suprafata.

Berma de baza (vatra sau talpa carierei - 3) - suprafata orizontala de la baza carierei.

Conturul superior al carierei (2-2) - reprezinta linia de intersectie a primului taluz cu suprafata terenului.

Conturul inferior al carierei (4-4) - reprezinta linia de intersectie a ultimului taluz cu berma de baza.

Taluzul carierei (5) - planul tangent la conturul inferior si superior al carierei.

Bermele de siguranta (1), bermele de transport (6) si unghiurile de taluz ale carierei sunt alte elemente care definesc cariera.

Deschiderea unui zacamant si pregatirea lui pentru exploatare la zi se realizeaza prin saparea unor transee de deschidere si de pregatire. Transeea este o lucrare miniera deschisa cu sectiune trapezoidala. Cand se executa in povarnisul unui deal, are un profil transversal deschis (semitransee).

3. Dimensionarea elementelor geometrice ale treptelor

Dimensionarea treptelor se calculeaza functie de: structura masivului in care se formeaza treapta, caracteristicile fizico-mecanice ale rocilor din treapta, conditiile de lucru (metoda de exploatare, parametrii functionali ai utilajului folosit in front).

3.1. Inaltimea treptelor

Inaltimea treptelor poate ajunge pana la 60m. In rocile aluvionare de exemplu nu depaseste 4m. La rocile de tarie medie sau mare, cand roca se disloca prin perforare-puscare si se incarca cu excavatorul, inaltimea treptei poate ajunge la 20-30m. In cazul extragerii mecanizate, inaltimea frontului de lucru variaza functie de posibilitatile utilajului si poate ajunge la 25-30m.

Inaltimea minima se adopta atunci cand se folosesc gauri de mina si cand materialul derocat se incarca manual. Inaltimile mari (25-60m) se adopta in cazul impuscarii cu incarcaturi concentrate amplasate in gauri de sonda, in camere de minare, sau extragerea directa cu utilaje de mari dimensiuni

3.2. Unghiul de taluz

Unghiurile de taluz au valori variabile si depind de proprietatile rocilor, de inaltimea treptei si de metoda de extragere aplicata. Datorita parametrilor care definesc unghiurile de taluz ale marginilor de cariera, se constata o diferenta destul de mare intre valoarea unghiului de taluz al marginii exploatate si al celei in exploatare. Taluzurile treptelor marginii carierei din partea in care nu se lucreaza (exploatate) au o inclinare mai mica cu 10-15s, decat inclinarea taluzului treptelor marginii in exploatare.

3.3. Latimea bermelor

Bemele in exploatare au latimea de 3-4 ori inaltimea treptei. In aceasta situatie unghiul de taluz al marginii in exploatare este mult mai mic decat unghiurile de stabilitate ale taluzurilor treptelor componente.

Pentru asigurarea unei continuitati a transportului in cariere se amenajeaza berme de transport cu latime variabila, functie de felul transportului si organizarea acestuia.

4. Prevenirea si combaterea alunecarilor

Alunecarea taluzurilor este foarte periculoasa pentru activitatea din cariere. Pentru prevenirea alunecarilor se iau masuri speciale:

dimensionarea corecta si respectarea elementelor geometrice fixate prin proiect, pentru inaltimea taluzurilor si latimea bermelor;

asecarea prealabila a zonei supuse exploatarii, prin drenuri sau prin drenuri de sprijinire;

gospodarirea apelor de la suprafata carierei si de pe berme, ape provenite din precipitatii sau infiltratii - se face prin acoperirea taluzurilor cu folie din plastic, acoperirea cu bitum, sau acoperirea cu argila; se aplica pentru suprafete reduse;

marirea rezistentei rocilor moi din marginile instabile ale carierelor - prin tratare termica, consolidare electrica, cu piloti de var nestins, injectarea cu lapte de ciment, congelarea rocilor;

reducerea pantei taluzurilor;

folosirea unor structuri de rezistenta - sustinerea cu ziduri si ancore, sustinerea cu cabluri pretensionate, torcretare;

5. Limitele rationale ale exploatarilor la zi

Alegerea tipului de exploatare (la zi sau subteran) se face dupa o analiza economica riguroasa, in conditiile in care alegerea exploatarii la zi nu este absolut evidenta (grosimea descopertei este mica si pozitia zacamantului corespunde cu a terenului. Pentru determinarea limitelor carierelor si alegerea metodei de lucru se iau in considerare mai multi factori:

Forma si caracteristicile geometrice ale corpului de substanta minerala utila;

Dispunerea zacamantului fata de rocile inconjuratoare;

Proprietatile fizico-mecanice ale utilului si rocilor inconjuratoare;

Tectonica zacamantului;

Calitatea utilului, pierderi de exploatare;

Conditiile climatice;

Tehnologia de lucru posibila a fi aplicata.

Principalul indicator in aprecierea eficacitatii economice a lucrarilor miniere la zieste coeficientul sau raportul de descoperta.

Coeficientul de descoperta - valoarea raportului dintre volumul de roca sterila ce trebuie extras si indepartat pentru fiecare unitate de substanta minerala utila.

5.1. Coeficientul sau raportul geologic de descoperta

Prin acest coeficient se intelege raportul dintre volumul total de roci sterile care trebuie indepartat si volumul rezervei geologice de bilant (parte din rezerva geologica, care cantitativ, calitativ si d.p.d.v. al conditiilor de zacamant poate fi exploatata si valorificata imediat), aflate in limitele corespunzatoare perimetrului de exploatare la zi.

B (volum steril-m³)

Coeficientul geologic (K) =  

A (rezerva util-m³)

5.2. Coeficientul sau raportul industrial de descoperta

Prin acest coeficient se intelege raportul dintre volumul de roca sterila excavata si indepartata si fiecare unitate de substanta minerala utila industriala (rezerva industriala-este mai mica decat rezerva de bilant, deoarece o parte din rezervele de bilant raman imobilizate in zone interzise exploatarii, sau exploatate gresit odata cu sterilul). In practica se calculeaza: in medie pe zacamant, pe orizont sau treapta de extragere, pentru o perioada de activitate in cariera (coeficient curent de decoperta).

6. Extragerea rocilor

Procesul tehnologic cuprinde patru operatii distincte:

Dislocarea materialului din masiv ;

Incarcarea materialului dislocat in mijloacele de transport;

Transportul materialului;

Haldarea sterilului sau depozitarea substantei minerale utile.

Dupa dificultatile intampinate la extragere rocile sterile si utilul se impart in:

Friabile si moi - se detaseaza usor din masiv fara o sfaramare prealabila;

Semicompacte si compacte  - se detaseaza mai greu pe cale mecanica (argile, argile nisipoase);

Semistancoase - se detaseaza din masiv pe cale mecanica cu greutate (sisturi argiloase, creta, gresii, gips, carbune);

Stancoase - cuprind roci sedimentare, metamorfice si magmatice care se extrag doar cu ajutorul explozivilor.

Extragerea rocilor cu tarie mica se face cu ajutorul excavatoarelor, buldozere, combine miniere. Exploatarea in cariera a rocilor tari se realizeaza cu explozivi.

Transportul materialului se poate realiza pe calea ferata, cu autovehicule, cu transportoare cu banda, metoda hidrotransportului (cu ajutorul apei sub presiune).

7. Haldarea sterilului

Haldele sunt constructii ingineresti realizate pe baza unor documentatii tehnico-economice. Dupa pozitia lor fata de perimetru pot fi halde interioare si halde exterioare.

Haldele interioare (mai economice) se amplaseaza in spatiul ramas liber dupa extragerea copertei si utilului, iar haldele exterioare sunt amplasate in afara perimetrului de exploatare.

La fixarea locului de amplasare a unei halde se va tine seama de:

Sa fie aproape de cariera, pe terenuri fara substanta utila;

Sunt preferabile povarnisurile naturale, sau depresiuni existente in apropierea carierei;

Sa fie accesibile si comode pentru transport;

La o eventuala alunecare sa nu afecteze lucrari de arta, cursuri de ape, constructii industriale si civile;

Vor fi prevazute cu sisteme de evacuare a apelor de infiltratie (tuburi in corpul haldelor);

Amplasarea haldelor exterioare se stabileste pe baza unui studiu geotehnic al terenului pe care se depune materialul ce trebuie haldat si in care se precizeaza:

Morfologia terenului pe care se aseaza halda;

Proprietatile fizico-mecanice ale rocilor din fundamentul haldei;

Geometria taluzurilor;

Regimul apelor de suprafata si subterane pe care urmeaza asezarea haldei;

Conditiile de stabilitate a terenului pe care se va depune sterilul;

Distanta minima de asezare a constructiilor in apropierea haldelor